Repositorio USM (Universidad Técnica Federico Santa María)
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Una arquitectura basada en atención para clasificación jerárquica con redes neuronales convolucionales
No full textEste estudio, trata con problemas de clasificación donde las etiquetas forman una jerarquía, de conceptos más generales a categorías más específicas. Para abordar este problema, se ha vuelto popular el uso de Redes Neuronales Convolucionales (CNN) que utilizan ramas especializadas por cada nivel de la jerarquía. Tanto para tareas del área de Visión Computacional como en otras. Sin embargo, la consistencia de la clasificación sigue siendo un problema: las clases predichas en diferentes niveles a menudo no respetan las restricciones de clase-subclase codificadas por la jerarquía. Han surgido en la literatura distintos patrones de conectividad entre ramas para tratar con esta limitación. Nosotros proponemos un enfoque más simple y flexible: dejar que la red neuronal decida como se deben conectar dichas ramas. Lo anterior se logró formulando un mecanismo atencional que determina dinámicamente como las ramas se influencian entre ellas durante el entrenamiento e inferencia.
La hipótesis asociada, es que la introducción de un mecanismo atencional para combinar representaciones intermedias extraídas de distintas profundidades de una red convolucional, permitirá mejorar el desempeño del model en problemas de de clasificación jerárquica con respecto a modelos presentes en el estado del arte.
Los experimentos realizados con datasets ampliamante utilizados para clasificación de imágenes, demostraron que el modelo propuesto puede superar el estado del arte en términos de métricas de rendimiento jerárquicas y consistencia. Además, pese a que lo anterior genera en algunos casos un rendimiento ligeramente inferior en el nivel más profundo de la jerarquía, el modelo predice con mucha más precisión la relación entre un concepto y sus ancestros. Este resultado sugiere que el modelo no solo aprende las pertencencias a clases locales, sino también las dependencias jerárquicas entre conceptos, lo que confirma la hipótesis estudiada.Magíster en Ciencias de la Ingeniería Informátic
Oxidos de cromo y cobre: transporte eléctrico y su comportamiento como sensores de gas etanol
No full textEl Etanol es un gas naturalmente emanado por los productos agrícolas durante su proceso de maduración. Algunas cosechas tienen a madurar más rápido al estar en contacto con ciertos productos agrícolas que expelen naturalmente Etanol, por ejemplo, como sucede en las bodegas de almacenajes de una producción frutícola y/u hortícola [1]. Una detección temprana de estos gases permite a los productores aplicar procedimientos que retarden o aceleren el proceso de maduración o incorporar medidas en la logística de distribución y exportación de sus productos para así reducir los costos asociados a las pérdidas. Es con esta motivación que el propósito de esta investigación consiste en estudiar el comportamiento de los sensores de gas para ser utilizado en la industria agrícola para tales efectos. Para ello buscamos desarrollar métodos de crecimiento y formación de películas ultra-delgadas, de entre 6 y 20 nanometros de espesor, de: óxido Cuproso (Cu2O), óxido Cúprico (CuO) y óxido Crómico (Cr2O3) o algún otro) sobre algún substrato aislante, ya que ellos constituyen los elementos (semiconductores) sensibles de dichos sensores [2]. En el proceso se busca además estudiar las propiedades y respuestas eléctricas de las muestras producidas en diversas condiciones de oxidación controlada, campos Magnéticos y cambios de temperaturas, así como caracterizarlas a través de diversos métodos para determinar aspectos superficiales y estructurales como la morfología, topología, entre otros. Es nuestro objetivo principal optimizar la sensibilidad de la resistencia eléctrica a fenómenos superficiales a través de cambios en las condiciones de fabricación y oxidación. Para la caracterización eléctrica se realizarán mediciones galvano-magnéticas que permitan determinar la densidad, el tipo y la movilidad de los portadores de carga en los semiconductores. Mediante espectroscopía Raman y espectrofotometría UV-Vis se caracterizarán las estructura y morfología de las muestras destacándose algunas de sus propiedades. Mientras que análisis EDS e imágenes SEM nos permitirán visualizar directamente las componentes y características superficiales.Magíster en Ciencias, mención Físic
Validación de modelos neurocomputacionales del control motor de la voz humana usando electroencefalografía y algoritmos bioinspirados
No full textEl modelo neurocomputacional Directions into Velocities of Articulators (DIVA)
fue desarrollado para abordar diversos aspectos de la producción y adquisición
del habla normal y con trastornos. Los sustratos neurales de DIVA fueron establecidos
mediante resonancia magnética funcional (fMRI), lo que proporcionó una
validación fisiológica del modelo. Este estudio presenta EEG DIVA, una extensión
de DIVA que utiliza electroencefalografía (EEG) para aprovechar la alta resolución temporal y la amplia disponibilidad del EEG en comparación con fMRI. Para
el desarrollo de EEG DIVA, se derivaron señales similares al EEG a partir de las
ecuaciones originales que describen la actividad de los diferentes mapas de DIVA.
Se generó un EEG sintético asociado con la emisión de sílabas cuando se simuló
un feedback auditivo sin perturbaciones y perturbaciones del feedback auditivo
(perturbaciones del primer formante). Los mapas de activación cortical derivados
del EEG sintético se asemejaron estrechamente a los del modelo DIVA original.
Para validar EEG DIVA, se adquirió el EEG de individuos con voces típicas (N =
30) durante un paradigma de feedback auditivo alterado. Los mapas de actividad
cerebral empírica resultantes se superpusieron significativamente con los predichos
por EEG DIVA. El enfoque de validación también se empleo para el modelo
LaDIVA el cual incluye información de la componente laríngea. También se validó preliminarmente el toolbox desarrollado que integra en una interfaz amigable
un método de solución inversa llamado Bayesian Model Averaging. Estos avances
sientan las bases para un marco completo de neuroinformática que puede guiar intervenciones
personalizadas para tratar trastornos del habla y la voz. En conjunto
con otras extensiones recientes del modelo, EEG DIVA y EEG LaDIVA sientan
las bases para construir un marco neurocomputacional completo para abordar los
trastornos vocales y del habla, lo que puede guiar intervenciones personalizadas
basadas en modelos.Doctorado en Ingeniería Electrónic
Producción exclusiva de pares de mesones pesados
No full textEste trabajo explora la fotoproducción exclusiva de pares de quarkonio pesados a orden principal (LO) de αs en el marco de la cromodinámica cuántica (QCD), ofreciendo un análisis exhaustivo de los fundamentos teóricos abordados, abarcando una descripción idónea del modelo de dipolo, los quarks pesados, y el modelo de Condensado de Vidrio de Color (CGC). Sobre esta base, el estudio profundiza en el marco del dipolo de color, explorando la cinemática del proceso y las amplitudes específicas de la producción de pares de mesones. La presentación posterior de los resultados numéricos muestra estimaciones utilizando el enfoque del modelo CGC, evaluando las secciones eficaces mensurables en los próximos colisionadores electrón-protón y protón-ión. En particular, el mecanismo propuesto demuestra secciones eficaces significativamente más grandes en comparación a la producción convencional de pares de quarkonio con misma paridad C. Esta tesis aporta conocimientos valiosos sobre el ámbito de la fotoproducción exclusiva de pares de quarkonia pesadas, lo que ofrece implicaciones para experimentos con colisionadores de alta energía.Magíster en Ciencias, mención Físic
A variational approach to a cumulative distribution function estimation problem under stochastic ambiguity
No full textEn esta tesis se propone un método para el problema de estimación de funciones de distribución de probabilidad bajo ambigüedad estocástica. La ambigüedad estocástica está representada por un conjunto de incertidumbre en el que se debe encontrar la función de distribución acumulada y el método propuesto considera a las funciones de distribución acumulada como un subconjunto de una clase más grande de funciones, el espacio de las funciones semicontinuas superior. Presentamos varios resultados para introducir las propiedades topológicas del espacio y también para justificar nuestra elección del espacio. Las herramientas utilizadas para desarrollar este método se basan en la teoría del análisis variacional. En particular, trabajamos sobre el espacio de las funciones semicontinuas superior dotado de la distancia de Attouch Wets para las que se propone una aproximación y en conjunto con el uso de epi-splines (funciones polinomiales a trozos) impulsan un esquema de aproximación lineal a nuestro enfoque. Implementamos un algoritmo para el caso bivariado que nos permite calcular soluciones al problema aproximado así como también incorporar información suave y condiciones de crecimiento al modelo. Enunciamos condiciones que garantizan la convergencia de los minimizadores cercanos de la sucesión de problemas aproximados en soluciones para el problema original y entregamos una clase de funciones que satisfacen aquella condición. Probamos nuestro algoritmo a modo de prueba de concepto con dos ejemplos distintos, donde analizamos varios parámetros y también realizamos experiencias numéricas para el problema de estimación de la posición de un vehículo submarino no tripulado dadas fuentes de información ruidosas.In this thesis we propose a method to the problem of estimating cumulative distribution functions under stochastic ambiguity. The stochastic ambiguity is represented by a set of uncertainty in which the cumulative distribution function must be found and the proposed method considers cumulative distribution functions as a subset of a bigger class of functions, the space of upper semi-continuous functions. We present several results in order to introduce the topological properties of the space and also, to give justification of our choice. The tools used to develop this method rely on the theory of variational analysis. In particular, we work on the space of upper semicontinuous functions endowed with the Attouch Wets distance for which an approximation is proposed and altogether with the use of epi-splines (piecewise polynomial
functions) drive a linear approximating scheme to our setting. We implemented an algorithm for the bivariate case that allowed us to compute solutions to the approximating problem as well as incorporating soft information and growing conditions to the model. We give conditions that guarantee the convergence of near-minimizers of the approximating sequence into solutions for the original problem and we hand out a class of functions that satisfy it. We test our algorithm as a proof of concept with two different examples, where we analyze various parameters and in addition, we performed numerical experiences for the problem of estimating the position of an unmanned underwater vehicle given noisy sources of information.Magíster en Ciencias, mención Matemátic
Propagating spin-wave normal modes on extended ferromagnetic nanostructures
No full textIn this master thesis we develop a versatile computational tool, the Dynamic Matrix Method, that enables a systematic study of the propagating spin waves normal modes of a wide class of extended ferromagnetic nanostructures. A generalization of the method to account for magnonic crystals is included. We provide a detailed analytical treatment of the magnetic dipole-dipole interaction. The method was applied in the study of differente kinds of magnetic systems, with an emphasis on understanding the physics behind spin wave non-reciprocal phenomena. The results obtained in this work showcase the potential of the Dynamic Matrix Method as a powerful research tool in magnonics and other related areas.Magíster en Ciencias, mención Físic
DIFERENTES ENFOQUES PARA MEJORAR LA TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA CAVIDAD DIFERENCIALMENTE CALENTADA
No full textEsta investigación es sobre el estudio del efecto producido al interior de una cavidad diferencialmente calentada (CDC) cuando se incorpora un obstáculo (actuador pasivo) o excitadores térmicos locales (actuadores activos). Los excitadores aplicados en las paredes isotérmicas se posicionan de forma no-simétrica para complementar los resultados reportados por Thiers et al. [1]. El ratio de aspecto de la CDC (altura sobre ancho) es 4, el fluido de trabajo es aire y el número de Rayleigh basado en la altura de
la cavidad es 9×107, por lo que el flujo convectivo es laminar. El objetivo principal de este trabajo es mejorar la transferencia de calor global utilizando ambos enfoques mencionados.
Se realizan simulaciones numéricas usando el solver Nek5000 que utiliza el método de los elementos espectrales de alto orden. Por una parte, el actuador pasivo aumentó la transferencia de calor global en un 4,39% y un incremento local del 80% fue obtenido. Por otra parte, después de considerar diferentes posiciones, frecuencias y fases entre un par de excitadores se llegó a la conclusión que la distribución no-simétrica no mejora la transferencia de calor global en comparación al mejor caso reportado por Thiers et al. [1]. La mejor posición para aumentar la transferencia de calor se ubica a la altura del 70% de la pared caliente y a la altura del 30% de la pared fría. En esta posición se obtiene un incremento del 5,5%This research deals with the study of the effect produced inside a differentially heated cavity (DHC) when an obstacle (passive actuator) or a pair of thermal disturbances (active actuators) is incorporated. The thermal disturbances applied to isothermal walls are positioned non-symmetrically to complement the results reported by Thiers et al. [1]. The aspect ratio of the DHC (height over width) is 4, the working fluid is air, and the Rayleigh number based on the height of the cavity is 9×107, so the convective
flow is laminar. The main objective of this work is to improve the overall heat transfer using the both mentioned approaches. Numerical simulations are performed using the high-order spectral element method fluid dynamics solver Nek5000. On the one hand, the passive actuator enhanced the global heat transfer by 4,39% and a local increase up to 80% was obtained. On the other hand, after considering different positions, frequencies and phases between a pair of thermal disturbances, it was concluded that the non-symmetrical configuration does not enhance the global heat transfer in comparison with the best case reported by Thiers et al. [1]. The best position to enhance the heat transfer is 70% of the hot plate height and 30% of the cold plate height. At this position this increase reaches 5,5%Magíster en Ciencias de la Ingeniería Mecánic
Topic Models Ensembles
No full textLa recuperación de información Adhoc es una tarea desafiante que consiste en hacer ranking de documentos para consultas provenientes desde un enfoque de bolsa de palabras. Los métodos clásicos basados en consultas y documentos de vectores de texto, usan funciones de ponderación de términos para hacer ránking de documentos. Algunos de las limitaciones de estos métodos son que no pueden lidiar con conceptos polisémicos. Además, introducen falsas ortogonalidades entre palabras semánticamente relacionadas. Para superarlas, los enfoques de recuperación de información basados en modelos de temas se pueden explorar. Específicamente, los modelos de temas basados en Latent Dirichlet Allocation (LDA) permiten construir representaciones de documentos de texto en el espacio latente de temas, que modela de mejor manera la polisemia y evitan la generación de representaciones ortogonales entre términos relacionados. Es por esto que se pueden expandir las estrategias de Recuperación basadas en LDA usando estrategias de Aprendizaje de Ensamblado. En este sentido, la selección de modelos obedece a estos paradigmas, por lo que probamos dos enfoques usados exitosamente en el aprendizaje supervisado. Se estudian las técnicas Boosting y Bagging para modelos de temas, usando cada modelo como un experto débil de recuperación. Finalmente, se mezclan las listas de ranking obtenidas de cada modelo usando un enfoque simple pero efectivo de fusión de listas top-k. Se muestra que el enfoque propuesto fortalece los resultados en precisión y en recall, superando a los modelos clásicos de recuperación y las líneas bases de modelos de temas.Doctorado en Ingeniería Informátic
Real-Time Salmon Segmentation in Fish Farming Cages
No full textLa piscicultura se dedica a la cría de peces en tanques o jaulas en el mar con fines comerciales, generalmente para la producción de alimentos. Este proceso necesita un estudio periódico para evaluar el peso de los peces, su salud, su población, el estado de la jaula, entre otras variables de interés. Las alternativas disponibles para recolectar esta información son: que un buzo recolecte la
información, sacar peces del agua de forma temporal y aleatoria con el fin de obtener información estadística de interés, o usar un vehículo operado por control remoto (ROV) con una cámara integrada y un operador que evalúe esta información a través de una pantalla. En todas estas técnicas, el proceso no está automatizado y tiene el inconveniente de ser lento, inexacto y, en algunos casos, estresante para los animales. Con el fin de recopilar información sobre los peces de forma automática, este trabajo se centra en obtener segmentaciones de peces en tiempo real en un contexto de acuicultura. Se comparan tres modelos de segmentación de imágenes dentro del estado del arte con cinco backbones diferentes. Adicionalmente, se evalúa la precisión, la memoria y la velocidad de los modelos, poniendo un especial énfasis en que los requerimientos finales serán implementar los modelos en un ambiente embebido. Se propone un esquema de entrenamiento que saca provecho de las imágenes sin segmentaciones dentro de la base de datos llamado BG dataloader y se hace un estudio exhaustivo de su impacto en el entrenamiento. Finalmente, se evalúa el impacto de técnicas de aumentación en un entorno submarino y su influencia en
métricas de interés, como la F1-score. Este estudio se lleva a cabo para bases de datos de distintos tamaños con el fin de evaluar la influencia del tamaño de la base de datos en la efectividad de las aumentaciones propuestas
Estabilidad de cuerda en pelotones de vehículos utilizando control proporcional-integrativo
No full textLa incursión de las tecnologías actuales en sistemas de trasporte inteligente promete reinventar la forma de transporte hacia sofisticadas estrategias colaborativas mucho más eficientes y seguras. En particular, una alternativa sobresaliente para mejorar la eficiencia
de transporte en carreteras es la implementación de esquemas de pelotón de vehículos (platooning). Un pelotón de vehículos consiste en un conjunto de vehículos autónomos (o agentes) que coordinadamente se desplazan en una misma dirección a una velocidad crucero, en una formación donde cada vehículo mantiene una distancia determinada respecto a su predecesor directo.
Dentro de los desafíos asociados a este esquema se encuentra el control de velocidad y posición de cada vehículo, tomando en consideración mediciones del estado de otros agentes
en el pelotón. En particular, una propiedad de interés es la estabilidad de cuerda de un pelotón, la cual garantiza que los errores de seguimiento de los agentes, ya sean debidos a las condiciones iniciales o a perturbaciones incidentes, no se amplifiquen al transmitirse hacia atrás en la cadena. Si esta propiedad no se cumple entonces existirá una degradación en el desempeño de control de los últimos vehículos de la cadena, lo que aumenta la probabilidad
de colisiones e impide la escalabilidad segura del esquema.
El objetivo de este trabajo de tesis consiste en estudiar la propiedad de estabilidad de cuerda de pelotones homogéneos compuestos por vehículos modelados por integradores simple, con política de espaciado dependiente de la velocidad y seguimiento del predecesor
directo, cuando el control local de los vehículos se realiza mediante controladores proporcional-integrativo (PI). Para ello, se explora mediante métodos numéricos y teóricos las condiciones en los parámetros de diseño del pelotón, estos son, las constantes del controlador y la política de espaciado, que permitan obtener un pelotón estable en cuerda. Esta tesis presenta las expresiones analíticas necesarias y suficientes para garantizar la estabilidad
de cuerda de pelotones en dominios de tiempo continuo y tiempo discreto.
Los resultados teóricos para ambos marcos de trabajo son corroborados a través de simulaciones y casos de estudio. Más precisamente, se determinan compromisos entre las variables de diseño del controlador y la política de espaciado para asegurar estabilidad de cuerda, y las implicancias de estos resultados son analizadas para ambos casos